История открытия железа. Распространенность железа в природе. Физические и химические свойства железа

Многие соединения железа (с О, S и другими элементами) имеют переменный количественный состав (в частности, содержание серы в моносульфиде колеблется от 50 до 53,3 ат.%). Это вызывается дефектами кристаллической структуры вещества. Так, в закиси железа часть ионов Fе²⁺ в узлах решётки замещена ионами Fе³⁺; чтобы сохранить электронейтральность, отдельные узлы решётки, которые должны принадлежать ионам Fе²⁺, остаются пустыми, соотношение между числом атомов Fе и О несколько меняется и формула соединения приобретает вид Fе_0.937О. Естественно, для приближённых расчётов

-13это уточнение не принимают во внимание.

Карбиды железа — Fе_зС (цементит) и Fе₂С (ε-карбид) — выпадают из твёрдых растворов углерода в железo при охлаждении. Fе_зС  выделяется также из растворов углерода в жидком железе при высоких концентрациях С.  Азот, подобно углероду, даёт с железом твёрдые растворы внедрения; из них выделяются нитриды Fe₄N и Fe₂N. С водородом железo  даёт лишь малоустойчивые гидриды, состав которых точно не установлен. При нагревании железо энергично реагирует с кремнием и фосфором, образуя силициды (например, Fе₃Si ) н фосфиды (например, Fе_зР).

Растворы солей 2 - валентного железа на воздухе неустойчивы- Fe²⁺ постепенно окисляется до Fe³⁺ Водные растворы солей железа вследствие гидролиза имеют кислую реакцию. Для железа характерно образование комплексных соединений.

Нормальный электродный потенциал железа в водных растворах его солей для реакцииFе ↔Fе²⁺+ 2е составляет — 0,44 в. а для  реакции   Fе ↔Fе³⁺+3е равен —0,036в. Таким образом, в ряду активностей железо стоит левее водорода. Оно легко растворяется в разбавленной серной и соляной кислотах с выделением водорода и образованием соответствующих солей:

Fе + 2НСl = FеСl₂ + Н₂

Fе + Н₂S0₄ = FеS0₄ + Н₂

Азотная кислота высокой концентрации пассивирует железo, образуя на его поверхности защитную окисную плёнку (поэтому концентрированную НNО₃» можно перевозить в железных цистернах). Разбавленная НNО₃ растворяет железo с образованием ионов Fе²⁺ и Fе³⁺ и выделением окиси азота NО и двуокиси азота NО_2. В аналитической химии для обнаружения железаслужит роданид калия КSСN. При его прибавлении к раствору соли Fе (III) жидкость окрашивается в кроваво-красный цвет. Это образуется роданид железа:

FеС1₃ + ЗКSСN = Fе(SСN)з + ЗКСl

Реакция настолько чувствительна, что позволяет обнаружить присутствие одной части Fе³⁺ примерно в миллионе частей воды.

-14-

Получение и применение.

Чистое железо получают в относительно небольших количествах электролизом водных растворов его солей или восстановлением водородом его окислов. Разрабатывается способ непосредственного получения железа. из руд электролизом расплавов. Постепенно увеличивается производство достаточно чистого железа путём его прямого восстановления из рудных концентратов водородом, природным газом или углем при относительно низких температурах.

Железо — важнейший металл современной техники. В чистом виде железо из-за его низкой прочности практически не используется, хотя в быту «железными»  часто называют стальные или чугунные изделия. Основная масса железа применяется в виде весьма различных по составу и свойствам сплавов. На долю сплавов железа приходится примерно 95% весей металлической продукции. Богатые углеродом сплавы (св. 2% по массе) — чугуны, выплавляют в доменных печах из обогащённых железных руд.

Доменный процесс

 Получение железа из руд основано на восстановлении его оксидом углерода (II) и углем (коксом). При этом получают  не чистое железо, а сплав его с углем и другими примесями (кремнием, марганцем, серой, фосфором). Этот сплав называется чугуном.

Выплавка  чугуна производится в доменных печах, или домнах. Это сложное сооружение объемом 5000 м³ и высотой до 80 м с внутренней обкладкой из огнеупорного кирпича и стальным внешним кожухом (для прочности). Верхняя половина домны наминается шахтой, верхнее отверстие